【摘 要】
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在“工业4.0”与“中国制造2025”的强势推动下,码垛工业机器人凭借其高效、精准、安全的优点现已被广泛应用于各类自动化生产制造领域。同时它所面临的工作环境日益复杂,作业要求不断提高。因此,机器人避障路径规划与轨迹规划是当前亟待解决的问题,具有极其重要的现实意义。本文以IRB 1600六轴码垛工业机器人为研究对象,主要从避障路径规划、时间-能耗-冲击多目标综合轨迹优化、PID控制策略三个方面进行了
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在“工业4.0”与“中国制造2025”的强势推动下,码垛工业机器人凭借其高效、精准、安全的优点现已被广泛应用于各类自动化生产制造领域。同时它所面临的工作环境日益复杂,作业要求不断提高。因此,机器人避障路径规划与轨迹规划是当前亟待解决的问题,具有极其重要的现实意义。本文以IRB 1600六轴码垛工业机器人为研究对象,主要从避障路径规划、时间-能耗-冲击多目标综合轨迹优化、PID控制策略三个方面进行了研究,论文主要完成了以下内容:首先,针对机器人路径规划过程中的碰撞检测问题,本文选用圆柱形和球形包围盒将机器人和障碍物简化处理成规则线性结构。在相同三维障碍环境中采用RRT-star算法和RRT-connect算法开展路径规划仿真实验验证。结果表明,RRT-connect算法搜索到的路径长度比RRT-star算法搜索到的路径长度下降10%,平均规划时间缩短69%,RRT-connect算法整体性能优于RRT-star算法。其次,本文主要从四个方面对标准鲸鱼优化算法（WOA）做了改进:Tent映射初始化种群、改进非线性收敛因子、引入自适应权重策略、改进自适应概率阈值。利用改进后的鲸鱼优化算法（IWOA）对五次NURBS曲线插值轨迹进行了时间-能耗-冲击综合优化,利用归一化函数选取Pareto最优解。优化后的轨迹同优化前相比,工作效率提升了 24%,能耗降低了 23%,冲击减少了 3 1%。有效提升了机器人的综合使用性能。最后,将机械臂三维模型各部件导入至Solid Works软件中,根据机械臂的D-H参数进行装配并为对应连杆赋予坐标系与初始姿态。将生成的URDF文件添加至Simulink之中,然后采用PID控制算法对机械臂进行可视化仿真分析。仿真结果表明,PID控制算法整体性能良好,轨迹跟踪误差波动在有效范围内,进一步证明了改进鲸鱼优化算法的有效性与可行性。
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